JPH0982637A - Method for manufacturing amorphous semiconductor thin film - Google Patents

Method for manufacturing amorphous semiconductor thin film

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JPH0982637A
JPH0982637A JP7231204A JP23120495A JPH0982637A JP H0982637 A JPH0982637 A JP H0982637A JP 7231204 A JP7231204 A JP 7231204A JP 23120495 A JP23120495 A JP 23120495A JP H0982637 A JPH0982637 A JP H0982637A
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JP
Japan
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thin film
hydrogen
film
semiconductor thin
amorphous semiconductor
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JP7231204A
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Japanese (ja)
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Mitsuru Sadamoto
満 貞本
Hirobumi Tanaka
博文 田中
Noriyuki Yanagawa
紀行 柳川
Shin Fukuda
福田  伸
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Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Toatsu Chemicals Inc
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out a free designing of an optical band gap of an amorphous thin film to attain a high quality of the thin film manufacture by a method wherein the amount of atomic state hydrogen fed to the surface of the semiconductor thin film is set within a specific range by the step exposing the thin film by a plasma made of hydrogen gas. SOLUTION: An RF discharging electrode to form hydrogen plasma is provided separately from a film forming mechanism. Next, a step to form a specific film-thickness by chemical vapor evaporating process and step to expose a formed amorphous semiconductor thin film to a plasma are repeated. At this time, the amount of the atomic state hydrogen is specified to at least 1×10<15> pieces/cm<2> to 5×10<15> pieces/cm<2> . Through these procedures, hydrogen can be effectively fed to any non-coupled bond in a film generation of which has been uncontrollable by normal film-forming method, as the result the defective density can be greatly decreased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質太陽電池の
高性能化に関し、とくに、その構成する非晶質半導体薄
膜の高品質化を図る技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to improving the performance of an amorphous solar cell, and more particularly to a technique for improving the quality of an amorphous semiconductor thin film that constitutes the amorphous solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質シリコン太陽電池は、電卓や時計
および自動車の換気扇を駆動するための、出力の小さい
エネルギー供給源としてすでに実用化されている。しか
しながら、太陽光発電用途のように、10W以上のよう
な出力の大きいエネルギー供給源としては、その発電性
能および安定性に関しては十分と言えない状態にある。
そのためにエネルギー供給の要素として極めて重要な発
電コスト低減化が十分に図られず、このことが非晶質シ
リコン太陽電池の電力用として普及を妨げている最大の
要件である。
2. Description of the Related Art Amorphous silicon solar cells have already been put to practical use as a low output energy source for driving calculators, clocks, and ventilation fans of automobiles. However, as an energy supply source with a large output of 10 W or more, such as a solar power generation application, it cannot be said that its power generation performance and stability are sufficient.
For this reason, it is not possible to sufficiently reduce the cost of power generation, which is extremely important as an element of energy supply, and this is the largest requirement that prevents the spread of amorphous silicon solar cells for electric power.

【0003】非晶質太陽電池の製造に用いられているの
は、シラン等の水素化金属化合物を用いたプラズマCV
Dによる成膜方法である。これは、シラン等の水素化金
属化合物を圧力10mTorr 〜1Torrに制御した成膜用の
真空チャンバーに流すとともに、プラズマにて分解を生
じせしめるとともに、成膜用の真空チャンバーに設置さ
れた基体上に薄膜の形成を行うものであり、大面積に対
し均一に成膜を行うことができる利点を持つ。また、太
陽光に対し吸収係数の高い光学特性を有する非晶質シリ
コン等の薄膜の形成がこの方法にて行われるために、必
要な膜厚が少なくて済むものに対しては、最適な成膜方
法であると言える。
Plasma CV using a metal hydride compound such as silane is used for manufacturing an amorphous solar cell.
It is a film forming method by D. This is because a metal hydride compound such as silane is flown into a vacuum chamber for film formation controlled to a pressure of 10 mTorr to 1 Torr, and decomposition is caused by plasma, and a substrate placed in the vacuum chamber for film formation is placed. It forms a thin film, and has the advantage that it can be formed uniformly over a large area. In addition, since a thin film of amorphous silicon or the like having an optical characteristic with a high absorption coefficient for sunlight is formed by this method, it is an optimum method for those requiring a small film thickness. It can be said to be a membrane method.

【0004】また、異なる光学的性質、電気的性質を有
するものからなる積層薄膜を、同じくプラズマCVDと
いう同様の成膜手法により行えることから、ガス種や成
膜条件を変更することにより、用意に形成することが可
能である。また、同様の成膜用の真空チャンバーを備え
た装置を直列に配置することにより、連続して形成する
ことも可能である。
Also, since a laminated thin film having different optical and electrical properties can be formed by the same film forming method called plasma CVD, it can be prepared easily by changing the gas species and film forming conditions. It is possible to form. Further, it is also possible to form continuously by arranging devices having a similar vacuum chamber for film formation in series.

【0005】このように、プラズマCVDによる成膜
は、非晶質シリコン薄膜の形成に、優れた手法ではある
が、これらの薄膜の性能を決定づける因子として、大き
な役割を占めるものが、膜中に含まれる水素である。そ
して、この水素の膜中の含有量や結合形態により、その
光学的バンドギャップが大きく影響されるとともに、キ
ャリアの輸送特性に大きな影響を与える。また、膜中の
水素の存在が欠陥密度の低減に大きな役割を担っている
ことは知られているが、欠陥密度の低減を意図しての水
素量そのものを制御することはできていないのが現実で
あった。そのために、膜中の水素含有量や水素結合形態
を制御することがこれまでの重要な課題であった。
As described above, although the film formation by plasma CVD is an excellent method for forming an amorphous silicon thin film, what plays a major role as a factor that determines the performance of these thin films is in the film. It is hydrogen contained. The optical bandgap is greatly influenced by the content of hydrogen in the film and the bonding form, and the transport characteristics of carriers are greatly affected. Further, it is known that the presence of hydrogen in the film plays a large role in reducing the defect density, but it is not possible to control the hydrogen amount itself for the purpose of reducing the defect density. It was a reality. Therefore, controlling the hydrogen content and the hydrogen bond morphology in the film has been an important issue to date.

【0006】しかしながら、一般にプラズマCVDによ
る成膜方法では、ガスの流量や成膜時の圧力、温度や希
釈ガスの濃度などによって、間接的に膜中の水素含有量
や、水素結合形態を制御しているために、二次的な成膜
方法によらざるを得ないのが現実であった。また、非晶
質シリコンのみならず、非晶質シリコンゲルマニウム
や、非晶質シリコンカーボンについても、その膜中に含
まれる水素含有量や、水素結合形態の制御は十分に行わ
れておらず、これらの膜室の品質向上のためにも、重要
な課題となっている。特に、光学的バンドギャップ1.
8eV以上の非晶質シリコン薄膜については、これまで
は、水素希釈による方法が取られてきた。その結果、従
来の1.77eV付近の膜に比較して、0.6eV程度高い
光学的バンドギャップを有するものが得られ、かつ得ら
れた膜を非晶質太陽電池に適用してきた結果、高い開放
端電圧を得るものを得ることができた。しかしながら、
さらに高い開放端電圧を得るためには、より高い光学的
バンドギャップを有する膜を得ることが必要である。さ
らに、これらの膜の欠陥密度も低いものであることが要
請される。
However, in general, in the film formation method by plasma CVD, the hydrogen content in the film and the hydrogen bond form are indirectly controlled by the gas flow rate, the pressure during film formation, the temperature, the concentration of the diluting gas, and the like. Therefore, the reality is that a secondary film forming method must be used. Further, not only for amorphous silicon, but also for amorphous silicon germanium and amorphous silicon carbon, the hydrogen content contained in the film and the hydrogen bond morphology are not sufficiently controlled, It is also an important issue for improving the quality of these membrane chambers. In particular, the optical bandgap 1.
For amorphous silicon thin films of 8 eV or more, a method using hydrogen dilution has been used so far. As a result, a film having an optical band gap higher by about 0.6 eV was obtained as compared with the conventional film of around 1.77 eV, and as a result of applying the obtained film to an amorphous solar cell, it was high. It was possible to obtain the one that obtains the open circuit voltage. However,
In order to obtain a higher open-circuit voltage, it is necessary to obtain a film having a higher optical band gap. Furthermore, the defect density of these films is required to be low.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学気相蒸
着法により、膜中の水素含有量や水素結合形態を直接制
御することによって、非晶質薄膜の光学的バンドギャッ
プを自由に設計できることを可能にするとともに、欠陥
の低減による薄膜の高品質化を達成するためのものであ
り、薄膜太陽電池の変換効率、特に開放端電圧と曲線因
子の向上させるための材料を形成する方法を提案するこ
とを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, the optical band gap of an amorphous thin film can be freely designed by directly controlling the hydrogen content and the hydrogen bond morphology in the film by a chemical vapor deposition method. It is possible to achieve high quality thin films by reducing defects and to improve the conversion efficiency of thin film solar cells, especially the method of forming materials for improving open-ended voltage and fill factor. The purpose is to propose.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の事項に
より特定される。 (1)薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法によりなる
半導体半導体薄膜の形成工程と、水素ガスからなるプラ
ズマにより該薄膜を暴露する工程を繰り返すことにより
なる非晶質半導体薄膜の製造方法であって、該水素ガス
からなるプラズマにより該薄膜を暴露する工程により、
該半導体薄膜表面へ供給される原子状水素量を1×10
15ケ/cm2 以上5×1015ケ/cm2 以下とすることを特
徴とする非晶質半導体薄膜の製造方法。 (2)薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法によりなる
半導体薄膜の結合水素量が25原子%以下5原子%以上
含むことを特徴とした(1)記載の非晶質半導体薄膜の
製造方法。 (3)薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法によりなる
半導体薄膜の厚みが、1nm以上6nm以下であること
を特徴とした(1)または(2)記載の非晶質半導体薄
膜の製造方法。 (4) 該非晶質半導体薄膜が、水素化シリコン非晶質
薄膜、水素化ゲルマニム非晶質薄膜、水素化炭素非晶質
薄膜、水素化シリコンゲルマニウム非晶質薄膜または水
素化炭化シリコン非晶質薄膜であることを特徴とする
(1)ないし(3)の何れかに記載の非晶質半導体薄膜
の製造方法。 (5) 該化学気相蒸着法が、光CVD法、熱CVD
法、プラズマエンハンストCVD法、レーザーエンハン
ストCVD法、または、反応性スパッタ法であることを
特徴とする(1)ないし(4)の何れかに記載の非晶質
半導体薄膜の製造方法。 (6) 該原料薄膜ガスが、水素化シリコン化合物Sin
2m+2、水素化ゲルマン化合物Gen 2m+2、炭化水素C
n 2m+2、もしくは、これら化合物の水素が塩素原子ま
たはフッ素原子によって置換された化合物ないし誘導体
であることを特徴とする(1)ないし(5)の何れかに
記載の非晶質半導体薄膜の製造方法。 (7) 原料ガスが水素もしくは不活性ガスを含む
(2)ないし(6)のいずれかに記載の非晶質半導体薄
膜の製造方法。 (8) 該不活性ガスがHe,Ne,Ar,Krまたは
Xeから選択される希ガスであることを特徴とする
(7)に記載の非晶質半導体薄膜の製造方法。
The present invention is specified by the following matters. (1) A method for producing an amorphous semiconductor thin film, which comprises repeating a step of forming a semiconductor semiconductor thin film by a chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas and a step of exposing the thin film with plasma consisting of hydrogen gas. Then, by the step of exposing the thin film with plasma composed of the hydrogen gas,
The amount of atomic hydrogen supplied to the surface of the semiconductor thin film is 1 × 10
A method for producing an amorphous semiconductor thin film, which comprises not less than 15 / cm 2 and not more than 5 × 10 15 / cm 2 . (2) The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to (1), wherein the amount of bound hydrogen in the semiconductor thin film formed by the chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas is 25 atomic% or less and 5 atomic% or more. . (3) The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to (1) or (2), wherein the thickness of the semiconductor thin film formed by a chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas is 1 nm or more and 6 nm or less. . (4) The amorphous semiconductor thin film is a hydrogenated silicon amorphous thin film, a hydrogenated germanium amorphous thin film, a hydrogenated carbon amorphous thin film, a hydrogenated silicon germanium amorphous thin film, or a hydrogenated silicon carbide amorphous. The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to any one of (1) to (3), which is a thin film. (5) The chemical vapor deposition method is a photo CVD method or a thermal CVD method.
Method, plasma enhanced CVD method, laser enhanced CVD method, or reactive sputtering method, according to any one of (1) to (4). (6) The raw material thin film gas is a silicon hydride compound Si n
H 2m + 2 , hydrogenated germane compound Ge n H 2m + 2 , hydrocarbon C
n H 2m + 2 , or a compound or derivative in which hydrogen of these compounds is replaced by a chlorine atom or a fluorine atom, or a derivative thereof, wherein the amorphous semiconductor thin film is any one of (1) to (5). Manufacturing method. (7) The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to any one of (2) to (6), wherein the source gas contains hydrogen or an inert gas. (8) The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to (7), wherein the inert gas is a rare gas selected from He, Ne, Ar, Kr or Xe.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明は、高品質の水素を含む非晶質半導
体薄膜を形成するために、基本的には単独の、好ましく
は水素もしくは不活性ガス等の希釈ガスを含む、水素化
金属化合物ガスを用いた化学気相蒸着法により所定膜厚
を形成する工程と、形成した非晶質半導体薄膜を水素プ
ラズマに曝すことによりなる工程を繰り返すに際し、水
素ガスからなる放電中に発生、基体表面に供給される原
子状水素の量を、1×1015ケ/cm2 以上5×1015
/cm2 以下とするものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. The present invention basically uses a single metal hydride compound gas, preferably containing hydrogen or a diluent gas such as an inert gas, to form an amorphous semiconductor thin film containing high quality hydrogen. When a step of forming a predetermined film thickness by a chemical vapor deposition method and a step of exposing the formed amorphous semiconductor thin film to hydrogen plasma are repeated, it is generated during discharge of hydrogen gas and supplied to the substrate surface. The amount of atomic hydrogen is 1 × 10 15 pieces / cm 2 or more and 5 × 10 15 pieces / cm 2 or less.

【0010】本方法は、一般に次に示す手順によって形
成される。すなわち、まず、好ましくは水素もしくは不
活性ガスを含む水素化金属化合物ガスを用いた化学気相
蒸着法により、所定の膜厚が形成される。ここで用いら
れる化学気相蒸着法は、光CVD法、熱CVD法、プラ
ズマエンハンストCVD法、レーザーエンハンストCV
D法や反応性スパッタ法などである。水素化金属化合物
ガスには、水素化シリコン化合物Sin 2m+2、水素化
ゲルマン化合物Gen 2m+2,水素化錫化合物Snn
2m+2及びCn 2m+2がある。また、これら水素化金属化
合物の材料として、水素原子が塩素原子やフッ素原子に
よって置換された化合物やその誘導体を用いることも可
能である。また、電気的性質の異なる半導体形成のため
の不純物として、水素化硼素化合物Bn 2m+2水素化燐
化合物Pn 2m+2および水素化砒素化合物Asn 2m+2
も水素化金属化合物ガスと共に用いることができる。
The method is generally formed by the following procedure. That is, first, preferably, a predetermined film thickness is formed by a chemical vapor deposition method using hydrogen or a metal hydride compound gas containing an inert gas. The chemical vapor deposition method used here is a photo CVD method, a thermal CVD method, a plasma enhanced CVD method, a laser enhanced CV.
D method and reactive sputtering method. The metal hydride compound gas, silicon hydride compound Si n H 2m + 2, hydrogenated germane compound Ge n H 2m + 2, tin hydride compound Sn n H
There are 2m + 2 and C n H 2m + 2 . Further, as the material of these metal hydride compounds, it is also possible to use compounds in which hydrogen atoms are replaced by chlorine atoms or fluorine atoms or derivatives thereof. Further, as impurities for forming a semiconductor having different electrical properties, a boron hydride compound B n H 2m + 2 and a phosphorus hydride compound P n H 2m + 2 and an arsenic hydride compound As n H 2m + 2 are used.
Can also be used with the metal hydride compound gas.

【0011】なお、原料ガスは、希釈せず単独で用いる
ことも出来るが、水素または不活性ガスで希釈してもよ
い。これらの水素等希釈ガスの場合、最大100倍程度
( 例えばシラン1sccm、水素等100sccmの流量を使用
)である。さらに、水素と同様に用いられる不活性ガス
はHe,Ne,Ar,Kr,Xe等の希ガスがある。な
お、これらのガスによる希釈率の割合については特に規
制するものではない。
The raw material gas may be used alone without dilution, but may be diluted with hydrogen or an inert gas. In case of diluting gas such as hydrogen, the maximum is about 100 times.
(For example, use a flow rate of 1 sccm for silane and 100 sccm for hydrogen.
). Further, as the inert gas used similarly to hydrogen, there are rare gases such as He, Ne, Ar, Kr, and Xe. It should be noted that the ratio of the dilution rate with these gases is not particularly limited.

【0012】これらのガスを含む系において、化学気相
蒸着法により、非晶質半導体薄膜が形成される工程が終
了した段階から、水素プラズマに曝す工程に移行する間
において、真空引きを行う。このことにより、成膜工程
終了後に水素プラズマに曝す工程に入る前に成膜用のガ
スの残留の影響をできるだけ小さくすることができるの
である。
In a system containing these gases, evacuation is performed from the stage of completing the step of forming the amorphous semiconductor thin film by the chemical vapor deposition method to the step of exposing to the hydrogen plasma. As a result, it is possible to minimize the influence of residual film forming gas before the step of exposing to hydrogen plasma after the step of forming a film.

【0013】逆に、この真空引きを成膜工程と水素プラ
ズマに曝す工程の間に挿入しない場合においては、成膜
工程において流した成膜用のガスがその滞在時間分だけ
残留するともに、多量の水素ガスによって希釈された状
態になるために、結晶化を生じやすくなってしまう。そ
のため、目的とする高品質の非晶質半導体薄膜の製造の
目的から離れた結果になってしまう。
On the contrary, when this vacuuming is not inserted between the film forming step and the step of exposing to hydrogen plasma, the film forming gas flown in the film forming step remains for the residence time and a large amount. Since it is in a state of being diluted with the hydrogen gas, the crystallization is likely to occur. Therefore, the result is deviated from the purpose of manufacturing the intended high-quality amorphous semiconductor thin film.

【0014】成膜工程において形成する非晶質半導体薄
膜の水素含有量は、25原子%未満5原子%以上である
ことが好ましい。水素含有量が5%未満である非晶質半
導体薄膜を形成する代表的な場合としては、下記に示す
2つの場合がある。すなわち、膜中に含まれる水素が離
脱していくに十分な高い温度、具体的には基板温度38
5℃以上で成膜を行った場合である。また、過剰の水素
を含む水素希釈状態であの成膜を行った場合であり、こ
の場合、非晶質半導体薄膜が膜中の結合形態が大きく変
化し、かつ結合水素量が大きく低下した結果、微結晶化
してしまう。
The hydrogen content of the amorphous semiconductor thin film formed in the film forming step is preferably less than 25 atomic% and 5 atomic% or more. There are the following two typical cases of forming an amorphous semiconductor thin film having a hydrogen content of less than 5%. That is, a temperature high enough to release hydrogen contained in the film, specifically, the substrate temperature 38.
This is the case when the film is formed at 5 ° C. or higher. Further, in the case of performing film formation in a hydrogen diluted state containing excess hydrogen, in this case, the bonding morphology in the amorphous semiconductor thin film is significantly changed, and as a result, the amount of bound hydrogen is significantly reduced, Microcrystallizes.

【0015】まず、基板温度が高い場合、すなわち、基
板温度が385℃以上である場合においては、膜形成過
程において水素の侵入よりも水素の離脱の方が強くなっ
ている。そのために、成膜と同温度条件での水素プラズ
マに曝すことがもはや有効な役割を成しえないことにな
ってしまう。また、微結晶化を生ずる場合においては、
膜中の結合水素量が大きく低減し、通常3原子%程度に
なってしまう。また、微結晶化を生じた膜については、
膜中の水素の動きが制限されるために、水素プラズマに
曝すことによる構造的な変化が期待できなくなってしま
う。
First, when the substrate temperature is high, that is, when the substrate temperature is 385 ° C. or higher, hydrogen desorption is stronger than hydrogen invasion during the film formation process. Therefore, exposure to hydrogen plasma under the same temperature conditions as the film formation can no longer play an effective role. Also, in the case of causing microcrystallization,
The amount of bound hydrogen in the film is greatly reduced, and usually becomes about 3 atom%. Also, for the film that has undergone microcrystallization,
Since the movement of hydrogen in the film is limited, structural changes due to exposure to hydrogen plasma cannot be expected.

【0016】さらに、膜中の水素量が25原子%を越え
る場合においては、室温に近いような低温の状態で膜を
化学気相蒸着法によって非晶質半導体薄膜を形成する場
合と、イオン注入装置等にとって、強制的に膜中に水素
を打ち込むことが必要となるので好ましくない。なお、
室温に近いような状態では、条件により膜中含有水素量
が25原子%を越えるような薄膜を形成することも可能
であるが、膜成長過程において、膜形成を行うための成
膜ラジカルが十分に表面で泳動することができない。こ
の場合においては、既に膜中に多量の水素が存在してい
るために、もはや水素プラズマに曝すことによる膜中に
水素を侵入させることによる、欠陥の補償のような効果
はもはや期待できなくなってしまうのである。従って、
水素もしくは不活性ガスを含む水素化金属化合物ガスを
用いた化学気相蒸着法により膜を形成する方法において
形成する膜の膜中結合水素量は25原子%未満5原子%
以上であることが好ましいのである。
Further, when the amount of hydrogen in the film exceeds 25 atomic%, the film is formed by a chemical vapor deposition method to form an amorphous semiconductor thin film at a low temperature close to room temperature, and ion implantation is performed. It is not preferable for a device or the like because it is necessary to forcibly implant hydrogen into the film. In addition,
It is possible to form a thin film in which the amount of hydrogen contained in the film exceeds 25 atom% under conditions close to room temperature, but in the film growth process there are sufficient film-forming radicals for forming the film. Can not migrate on the surface. In this case, since a large amount of hydrogen is already present in the film, it is no longer possible to expect an effect such as defect compensation by causing hydrogen to enter the film by exposure to hydrogen plasma. It ends up. Therefore,
In the method of forming a film by the chemical vapor deposition method using hydrogen or a metal hydride compound gas containing an inert gas, the amount of bonded hydrogen in the film formed is less than 25 atomic% and 5 atomic%
The above is preferable.

【0017】なお、非晶質シリコン薄膜を形成する場合
においては、その適する成膜温度範囲が限定されてしま
う。化学気相蒸着法によって形成する非晶質半導体の膜
中結合水素量が25原子%未満5原子%以上であるため
には、その成膜温度範囲が、385℃未満100℃以上
であることが好ましい。
In the case of forming an amorphous silicon thin film, the suitable film forming temperature range is limited. In order for the amount of bonded hydrogen in the film of the amorphous semiconductor formed by the chemical vapor deposition method to be less than 25 atomic% and 5 atomic% or more, the film forming temperature range must be less than 385 ° C. and 100 ° C. or more. preferable.

【0018】さらに、これらの化学気相蒸着法によっ
て、1回の成膜工程にて形成される薄膜の厚みは1nm
以上6nm以下であることが好ましく、さらに好ましく
は、2nm以上5nm以下である。1回の成膜工程によ
って形成される膜厚があまり薄く1nm未満の場合にお
いては、膜中に過剰の水素が供給され、目的とする高品
質の非晶質半導体薄膜の形成を行うことができない。ま
た、1回の成膜工程によって形成される膜厚が6nmよ
りあまり厚い場合においては、水素プラズマに曝すこと
により工程において、もはや供給される原子状水素の浸
透が十分に行われない結果になってしまう。本発明にお
いては、水素ガスからなる放電中に発生、基体表面に供
給される原子状水素の量は、1×1015ケ/cm2 以上5
×1015ケ/cm2 以下であることが望ましい。
Further, the thickness of the thin film formed in one film forming step by these chemical vapor deposition methods is 1 nm.
It is preferably 6 nm or less and more preferably 2 nm or more and 5 nm or less. When the film thickness formed by one film forming step is too thin and less than 1 nm, excess hydrogen is supplied into the film, and the desired high-quality amorphous semiconductor thin film cannot be formed. . Further, when the film thickness formed by one film forming process is much thicker than 6 nm, exposure to hydrogen plasma results in insufficient penetration of the supplied atomic hydrogen in the process. Will end up. In the present invention, the amount of atomic hydrogen generated during the discharge of hydrogen gas and supplied to the surface of the substrate is 1 × 10 15 pieces / cm 2 or more 5
It is preferably × 10 15 cells / cm 2 or less.

【0019】さて、図1は、原子状水素の供給量の違い
に応じて得られた膜の導電率及び光感度を観察したもの
である。原子状水素の供給量が1×1015ケ/cm2 未満
の場合には、光感度が低いことがわかる。これに対し
て、原子状水素の供給量が6×1015ケ/cm2 より多い
場合においては、非晶質薄膜の導電率の急激な増加が確
認され、結晶化が生じていることと判断される。このよ
うに、本発明における方法の重要な点は、原子状水素の
供給量自体が重要であることである。水素プラズマに曝
すことによる水素の浸透が、原子状水素の拡散により行
われているのであれば、成膜温度により大きく影響を受
けるはずである。図2は、W.Beyer J.Appl.Phys. 53, 8
735(1982) ,M.Reinelt J.Non-Cryst. Solid59 & 60, 1
69(1983)によって測定された、水素の拡散係数を絶対温
度の逆数としてプロットしたものである。
Now, FIG. 1 is an observation of the conductivity and photosensitivity of the film obtained according to the difference in the supply amount of atomic hydrogen. It can be seen that the photosensitivity is low when the supply amount of atomic hydrogen is less than 1 × 10 15 cells / cm 2 . On the other hand, when the supply amount of atomic hydrogen is more than 6 × 10 15 cells / cm 2 , a sharp increase in the conductivity of the amorphous thin film was confirmed, and it was judged that crystallization occurred. To be done. Thus, the important point of the method of the present invention is that the supply amount of atomic hydrogen itself is important. If the permeation of hydrogen by exposure to hydrogen plasma is carried out by the diffusion of atomic hydrogen, it should be greatly affected by the film formation temperature. Figure 2 shows W.Beyer J.Appl.Phys. 53, 8
735 (1982), M. Reinelt J. Non-Cryst. Solid59 & 60, 1
69 is a plot of the hydrogen diffusion coefficient, as measured by 69 (1983), as the reciprocal of absolute temperature.

【0020】しかして、本方法による最も好適な薄膜形
成温度範囲は、160℃から200℃の範囲であり、こ
の範囲における水素の拡散定数は2×10-20cm2/s以上2
×10 -18cm2/s以下である。例えば、本開示の方法におけ
る好適な温度範囲における、水素の拡散定数2×10-18c
m2/sの場合においては、この値が極めて小さいために、
表面より4nm深い位置における表面水素からの20秒
後における水素濃度は、表面水素濃度に対して、極めて
低くなることが予想される。従って水素の拡散がこの方
法の本質的な効果ではないことは明白である。そこで、
考えられるのが、成膜表面から数nmの深さにおいて
は、膜構造を構成する構成分子のネットワークが十分に
固まっておらず混沌とした状態にあるのではないかとい
うことである。このような領域においては成膜表面から
与えられた原子状水素が容易に浸透し、膜構造を変質さ
せてしまったのではないかと考えられるのである。な
お、成膜工程における供給エネルギー密度や成膜圧力条
件と、水素プラズマに曝す工程におけるRF出力密度や
成膜圧力条件とは、異なっていてもかまわない。
Therefore, the most preferable thin film type according to the present method
The growth temperature range is 160 ° C to 200 ° C.
The diffusion constant of hydrogen in the range is 2 × 10-20cm2/ s or more 2
× 10 -18cm2It is less than / s. For example, in the method of the present disclosure
Diffusion constant of hydrogen in a suitable temperature range of 2 × 10-18c
m2In the case of / s, since this value is extremely small,
20 seconds from surface hydrogen at a position 4 nm deeper than the surface
After that, the hydrogen concentration is extremely different from the surface hydrogen concentration.
It is expected to be low. Therefore, hydrogen diffusion
It is clear that this is not the essential effect of the law. Therefore,
It is conceivable that at a depth of a few nm from the film surface
Has a sufficient network of constituent molecules that make up the membrane structure.
I think it's in a chaotic state, not solidified.
Is to say. In such a region,
The given atomic hydrogen easily penetrates and alters the membrane structure.
It is possible that he has made it happen. What
The supply energy density in the film formation process and film formation pressure
And the RF power density in the process of exposure to hydrogen plasma
It may be different from the film forming pressure condition.

【0021】すなわち、成膜工程においては、通常の非
晶質半導体を形成するための条件であればよい。例え
ば、RFプラズマを用いた成膜方法の場合、好適な供給
エネルギー密度は、0.01W/cm2 以上1W/cm2 以下で
あることが望ましく、その成膜圧力は、10mTorr 以上
1Torr以下であることが望ましい。一方、水素プラズマ
に曝す工程においては、そのRF出力密度は、0.01
W/cm2 以上1W/cm2 以下であることが望ましく、その成
膜圧力は、10mTorr 以上1Torr以下であることが望ま
しい。
That is, in the film forming step, the conditions for forming a normal amorphous semiconductor may be used. For example, in the case of a film forming method using RF plasma, a suitable supply energy density is preferably 0.01 W / cm 2 or more and 1 W / cm 2 or less, and the film forming pressure is 10 mTorr or more and 1 Torr or less. Is desirable. On the other hand, in the step of exposing to hydrogen plasma, the RF power density is 0.01
It is desirable W / cm 2 or more and 1W / cm 2 or less, the film deposition pressure is desirably 1Torr or less than 10 mTorr.

【0022】本発明において、水素ガスからなる放電中
に発生し、期待表面に供給される原子状水素の量は、1
×1015ケ/cm2 以上5×1015ケ/cm2 以下であるこ
とが望ましい。基板表面に供給される原子状水素量の測
定は次のように行われる。すなわち、ガラス基板上に、
電子ビ−ム蒸着法を用いて酸化タングステン薄膜を形成
する。この酸化タングステン薄膜を水素プラズマ中に挿
入させると、原子状水素により水素化反応により吸光度
が変化する。この変化を分光光度計により評価し、その
吸収スペクトルの吸光度と半値幅を下記のSMAKRA
の式、 Nf=0.87×1017n(n2 +2)-2(kmaxL)W1/2 に代入することにより、基板表面に到達した原子状水素
量を見積もることができる。ここで、Nは色中心数(cm
-2)であり、nは酸化タングステンの屈折率(=2.5)で
あり、kmaxLはピ−クの吸光度、W1/2 はピ−クの半値
幅、fは0.1 である。
In the present invention, the amount of atomic hydrogen generated during discharge consisting of hydrogen gas and supplied to the expected surface is 1
It is desirable that it is not less than × 10 15 pieces / cm 2 and not more than 5 × 10 15 pieces / cm 2 . The amount of atomic hydrogen supplied to the surface of the substrate is measured as follows. That is, on the glass substrate,
A tungsten oxide thin film is formed using the electron beam evaporation method. When this tungsten oxide thin film is inserted into hydrogen plasma, the absorbance changes due to hydrogenation reaction due to atomic hydrogen. This change was evaluated by a spectrophotometer, and the absorbance and half-value width of the absorption spectrum were calculated using the following SMAKRA.
By substituting into the equation, Nf = 0.87 × 10 17 n (n 2 +2) −2 (kmaxL) W 1/2 , the amount of atomic hydrogen reaching the substrate surface can be estimated. Where N is the number of color centers (cm
-2 ), n is the refractive index of tungsten oxide (= 2.5), kmaxL is the absorbance of the peak, W1 / 2 is the peak half width, and f is 0.1.

【0023】図3に示したのは、水素流量10sccm、圧
力0.15Torr、RF出力密度0.64W/cm 2 の条件で形成した
水素プラズマ中に上記、酸化タングステン薄膜を曝すこ
とによる時間変化をプロットしたものである。図3よ
り、水素プラズマ暴露時間10分まではほぼ直線的に原
子状水素量が増加していることがわかる。さらに長時間
曝すことにより、その増加量は飽和するが、これは酸化
タングステンの水素化反応が飽和するのであって、原子
状水素量が飽和するのではない。従って、直線部分の傾
きより単位時間中に供給される原子状水素量を求めるこ
とができるのである。
FIG. 3 shows that the hydrogen flow rate is 10 sccm and the pressure is
Power 0.15 Torr, RF power density 0.64 W / cm 2Formed under the conditions
Do not expose the above tungsten oxide thin film to hydrogen plasma.
This is a plot of the time change due to and. Figure 3
Therefore, the hydrogen plasma exposure time is approximately linear for up to 10 minutes.
It can be seen that the amount of child hydrogen is increasing. Even longer
Upon exposure, the increase is saturated, but
As the hydrogenation reaction of tungsten saturates,
The amount of hydrogen is not saturated. Therefore, the inclination of the straight part
The amount of atomic hydrogen supplied in a unit time is calculated.
You can

【0024】図3の直線部分より求められた原子状水素
の供給速度は、上記条件であるRF出力密度0.64W/cm2
の条件において、1×1014ケ/cm2 /秒となった。さ
らに、水素流量10sccm、圧力0.15Torr、RF出力密度
0.13W/cm2 の条件で形成した水素プラズマに曝した場合
において、同様に原子状水素供給速度を求めたところ、
4×1013ケ/cm2 /秒となった。そこで、RF出力密
度の平方根を横軸にして、原子状水素供給速度をプロッ
トしたのが、図4である。2つのRF出力密度において
得られた原子状水素の供給速度は、原点を通過する直線
により近似することができる。このように、供給される
原子状水素供給量は、RF出力密度の平方根により一義
的に決定する事ができる。図3および図4の結果より、
供給される原子状水素の量はそのRF出力密度および時
間により制御できることが明らかになった。
The supply rate of atomic hydrogen obtained from the straight line portion of FIG. 3 is the RF power density of 0.64 W / cm 2 which is the above condition.
Under the above conditions, it was 1 × 10 14 cells / cm 2 / sec. Furthermore, hydrogen flow rate 10 sccm, pressure 0.15 Torr, RF power density
When the atomic hydrogen supply rate was similarly obtained when exposed to hydrogen plasma formed under the condition of 0.13 W / cm 2 ,
It was 4 × 10 13 pieces / cm 2 / sec. Therefore, FIG. 4 is a plot of the atomic hydrogen supply rate with the square root of the RF power density as the horizontal axis. The atomic hydrogen feed rates obtained at the two RF power densities can be approximated by a straight line passing through the origin. Thus, the supplied atomic hydrogen supply amount can be uniquely determined by the square root of the RF power density. From the results of FIGS. 3 and 4,
It has been revealed that the amount of atomic hydrogen supplied can be controlled by its RF power density and time.

【0025】次に、本発明を実施するために好ましい装
置の基本構成を図5に示す。すなわち、この装置は、成
膜室1及び基板仕込み室2の2室構成になっている。成
膜室1と基板仕込み室2は、ゲートバルブ8によって接
続している。基板仕込み室は、基体を加熱するためヒー
ター5と、そのヒーターに電力を投入するための電源、
および真空排気のためのターボ分子ポンプ21およびロー
タリーポンプ22によって形成される。この排気系によっ
て、基板仕込みに設置された基板は、ヒーターによって
加熱されるとともに、真空排気されることにより、成膜
に必要な準備が行われる。
Next, FIG. 5 shows a basic structure of a preferable apparatus for carrying out the present invention. That is, this apparatus has a two-layer structure of the film forming chamber 1 and the substrate preparation chamber 2. The film forming chamber 1 and the substrate preparation chamber 2 are connected by a gate valve 8. The substrate preparation chamber has a heater 5 for heating the substrate, a power source for supplying electric power to the heater,
And a turbo molecular pump 21 and a rotary pump 22 for evacuation. With this evacuation system, the substrate installed in the substrate preparation is heated by the heater and is evacuated to prepare for film formation.

【0026】成膜室1にはRF電極3があり、基板加熱
ヒーター4上との間に放電を形成する。RF電極3は、
高周波電源31によって電力を印加される。また、ヒータ
ー4は、ヒーター電源41によって電力を印加される。基
板9はヒーターの上に設置され、ヒーターによって加熱
昇温される。また、この成膜室1はターボ分子ポンプ11
およびロータリーポンプ12によって真空排気されるが、
この成膜室の圧力は、コンダクタンスバルブ13によって
調圧できる構成となっている。成膜用のガスはマスフロ
ーコントローラー71、72、73によって、流量を制御され
たガスが供給されるとともに制御される。
An RF electrode 3 is provided in the film forming chamber 1 and an electric discharge is formed between the RF electrode 3 and the substrate heater 4. The RF electrode 3 is
Electric power is applied by the high frequency power supply 31. Electric power is applied to the heater 4 by the heater power supply 41. The substrate 9 is placed on the heater, and heated and heated by the heater. In addition, this film formation chamber 1 has a turbo molecular pump 11
And is evacuated by the rotary pump 12,
The pressure in the film forming chamber can be adjusted by the conductance valve 13. The gas for film formation is supplied and controlled by the mass flow controllers 71, 72 and 73, the gas of which the flow rate is controlled.

【0027】本装置における重要な点は、成膜用の機構
とは別に、水素プラズマを形成するためのRF放電電極
を有していることである。図3における成膜装置の場合
には、成膜においてもRF放電電極を用いた成膜手法に
よるために、同一のシステムにより成膜工程と水素プラ
ズマに曝す工程を行うことができる。この方法を行うこ
とにより、膜中に存在する結合水素量は増加する傾向に
ある。これに伴い、例えば、水素化非晶質シリコン薄膜
の場合、膜中の結合水素量が増加するとともに、その光
学的バンドギャップが広くする傾向にある。これは、活
性な原子状水素が膜中に有効に供給されるためであり、
この方法により、通常の成膜方法ではその発生を制御す
る方法のなかった膜中の未結合手に、有効に水素を供給
することができ、その結果欠陥密度を大きく低減させる
ことができる。図6は、この水素プラズマに曝すことに
より増加する膜中結合水素量の変化値と欠陥密度の低減
の度合いを比較したものである。この結果、膜中結合水
素量の増加の大きい場合程、より欠陥密度の低減に効果
のあることが認められる。
An important point of this apparatus is that it has an RF discharge electrode for forming hydrogen plasma, in addition to the film forming mechanism. In the case of the film forming apparatus in FIG. 3, since the film forming method using the RF discharge electrode is used also in film forming, the film forming step and the step of exposing to hydrogen plasma can be performed by the same system. By performing this method, the amount of bonded hydrogen existing in the film tends to increase. Along with this, for example, in the case of a hydrogenated amorphous silicon thin film, the amount of bound hydrogen in the film increases and the optical band gap thereof tends to widen. This is because active atomic hydrogen is effectively supplied into the film,
By this method, hydrogen can be effectively supplied to dangling bonds in the film, which is not controlled by the ordinary film forming method, and as a result, the defect density can be greatly reduced. FIG. 6 compares the change value of the amount of bonded hydrogen in the film, which is increased by the exposure to the hydrogen plasma, with the degree of reduction of the defect density. As a result, it is recognized that the greater the increase in the amount of bonded hydrogen in the film, the more effective the reduction in defect density.

【0028】このように、水素膜中の水素含有量や水素
結合形態を直接制御することによって、非晶質薄膜の光
学的バンドギャップを自由に設計できることを可能にす
るとともに、欠陥の低減による薄膜の高品質化を達成す
ることができるようになるものである。そして、ひいて
は薄膜太陽電池の変換効率、特に開放端電圧と曲線因子
の向上を生じせしめる結果に至るのである。以下、実施
例により本発明の実施の態様の一例を説明する。
As described above, by directly controlling the hydrogen content and the hydrogen bond morphology in the hydrogen film, it becomes possible to freely design the optical band gap of the amorphous thin film, and at the same time, the thin film can be formed by reducing defects. It will be possible to achieve higher quality. As a result, the conversion efficiency of the thin-film solar cell, especially the open-ended voltage and the fill factor are improved. Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to examples.

【0029】[0029]

【実施例】【Example】

(実施例1)薄膜の形成に用いた装置は、図5に示す装
置と同じものである。実施例1において、成膜用の原料
ガスとして、モノシランガスを用いた。モノシランガス
の流量は10sccmであり、図3におけるマスフローコン
トローラー71を介して流されている。この系における成
膜温度は175℃である。そして、所定の膜厚になるよ
うに成膜を実行するが、本実施例においては、1回あた
りの膜厚は4nmとした。RF放電の終了とともに成膜を
中断し、チャンバーに供給するガスを停止する。そし
て、主弁開状態にて真空引きを開始し10-6Torr以下に
する。
(Example 1) The apparatus used for forming the thin film is the same as the apparatus shown in FIG. In Example 1, monosilane gas was used as a raw material gas for film formation. The flow rate of the monosilane gas is 10 sccm, and is flown through the mass flow controller 71 in FIG. The film forming temperature in this system is 175 ° C. Then, the film is formed so as to have a predetermined film thickness, but in the present embodiment, the film thickness per one time was 4 nm. When the RF discharge ends, the film formation is stopped and the gas supplied to the chamber is stopped. Then, the evacuation is started with the main valve opened to 10 -6 Torr or less.

【0030】次に、水素プラズマに曝す工程に入る。ま
ず、水素を供給するとともに、圧力制御を行い、成膜と
同じく150mTorr に調整を行う。そして、RFの放電
を行う。この時のRF出力密度は0.64W/cm2 であ
る。所定の時間、水素プラズマに曝す操作を行い、再び
放電の停止とともに、水素ガスの流量を停止し、成膜工
程終了時と同様に、10-6Torr以下になるまで真空引き
を行った。これらの一連の工程を繰り返すことにより、
所定の膜厚(300nm以上)になるまでこの操作を繰
り返し行った。
Next, the step of exposing to hydrogen plasma is started. First, while supplying hydrogen, pressure control is performed to adjust to 150 mTorr as in film formation. Then, RF discharge is performed. The RF power density at this time is 0.64 W / cm 2 . The operation of exposing to hydrogen plasma for a predetermined time was performed, the discharge was stopped again, the flow rate of hydrogen gas was stopped, and vacuuming was performed until the pressure became 10 −6 Torr or less as in the case of the end of the film forming process. By repeating these series of steps,
This operation was repeated until a predetermined film thickness (300 nm or more) was obtained.

【0031】図7は原子状水素の供給量を横軸にして欠
陥密度の低下の様子を示したものである。この結果か
ら、原子状水素の供給量によって、その膜特性が大きく
変化していることが認められる。RFの放電出力密度は
0.64W/cm2 であり、このときの原子場水素の供給
速度は1×1014ケ/cm2 /sである。この検討の結果、
水素プラズマに曝す時間が増加に依存してその膜特性が
大きく変化していることが認められる。水素プラズマに
曝す時間を増加させていくにつれて、膜中の欠陥密度が
低下している。さらに、この水素プラズマに曝す時間が
60秒を越えると、結晶化が生じ、暗導電率の著しい増
加が始まっていることが認められた。この時は、原子状
水素の供給量が6×1015ケ/cm2 に達した時である。
図7より欠陥密度の低減に効果のある原子状水素の供給
量は、2×1015ケ/cm2 以上4×1015ケ/cm2 以下
であることがわかる。以上のように、本開示の方法によ
り非晶質シリコン薄膜の高品質化がなされたことが確認
された。
FIG. 7 shows a state in which the defect density is decreased with the supply amount of atomic hydrogen as the horizontal axis. From this result, it is recognized that the film characteristics of the film are largely changed depending on the supply amount of atomic hydrogen. The discharge power density of RF is 0.64 W / cm 2 , and the supply rate of atomic field hydrogen at this time is 1 × 10 14 / cm 2 / s. As a result of this examination,
It can be seen that the film characteristics change significantly depending on the increase in the time of exposure to hydrogen plasma. The defect density in the film decreases as the exposure time to hydrogen plasma increases. Furthermore, it was confirmed that when the time of exposure to this hydrogen plasma exceeded 60 seconds, crystallization occurred and a marked increase in dark conductivity began. At this time, the supply amount of atomic hydrogen reached 6 × 10 15 pieces / cm 2 .
It can be seen from FIG. 7 that the supply amount of atomic hydrogen, which is effective in reducing the defect density, is 2 × 10 15 cells / cm 2 or more and 4 × 10 15 cells / cm 2 or less. As described above, it was confirmed that the quality of the amorphous silicon thin film was improved by the method of the present disclosure.

【0032】(実施例2)薄膜の形成に用いた装置は、
図5に示す装置と同じものである。実施例2においても
実施例1と同様に、成膜用の原料ガスとして、モノシラ
ンガスを用いた。モノシランガスの流量は10sccmであ
り、その成膜の手順は全て実施例1の場合と同様であ
る。但し、実施例2においては、成膜の温度を変化させ
た時の膜特性の変化を示している。
(Example 2) An apparatus used for forming a thin film is
It is the same as the device shown in FIG. In Example 2, as in Example 1, monosilane gas was used as the raw material gas for film formation. The flow rate of monosilane gas was 10 sccm, and the procedure for forming the film was the same as in the case of Example 1. However, in the second embodiment, the change in the film characteristics when the film formation temperature is changed is shown.

【0033】図8および図9は成膜温度の違いによる、
膜特性の差を比較したものである。なお、比較のため
に、各温度において通常の成膜方法にて形成した膜と特
性を比較のために示している。この結果、成膜温度の違
いに依存して特性の変化が大きく異なっていることが認
められる。温度が高くなるにつれて、膜中の結合水素量
の増加量が少なくなってきている。水素の成膜表面から
の離脱については、温度の関数であり、温度の高い方が
水素の離脱速度が大きくなる。この結果、385℃の場
合の成膜表面からの水素の離脱速度は、175℃の場合
に比較して非常に大きいことが予想され、そのため水素
プラズマにより発生した原子状水素の供給が、水素の離
脱に追いつかない結果であると考えられる。
FIGS. 8 and 9 show the difference in film forming temperature.
This is a comparison of the differences in film characteristics. For comparison, the characteristics of the film formed by the ordinary film forming method at each temperature are shown for comparison. As a result, it can be seen that the characteristic changes greatly differ depending on the film forming temperature. As the temperature increases, the amount of increase in the amount of bound hydrogen in the film decreases. Desorption of hydrogen from the film-forming surface is a function of temperature, and the higher the temperature, the higher the hydrogen desorption rate. As a result, the desorption rate of hydrogen from the film-forming surface at 385 ° C. is expected to be much higher than that at 175 ° C. Therefore, the supply of atomic hydrogen generated by hydrogen plasma is It is thought that this is the result of being unable to catch up with the departure.

【0034】また、逆に温度の低い場合においては、既
に多くの結合水素が膜中に存在し、水素プラズマによる
結合水素の増加が小さくなってしまう。この結果、欠陥
密度の減少分も小さく、結合水素素量の増加と欠陥密度
の低減の度合いには、ほぼ比例した関係のあることが認
められる。
On the contrary, when the temperature is low, a large amount of bound hydrogen is already present in the film, and the increase of bound hydrogen due to hydrogen plasma becomes small. As a result, the decrease in defect density is small, and it is recognized that there is a substantially proportional relationship between the increase in the amount of bound hydrogen atoms and the degree of decrease in defect density.

【0035】(実施例3)薄膜の形成に用いた装置は、
図5に示す装置と同じものである。実施例1において、
成膜用の原料ガスとして、モノシランガスとモノゲルマ
ンガスを用いた。モノシランガスの流量は5sccmであ
り、モノゲルマンガスの流量は、異なる光学的バンドギ
ャッップのものを形成する目的で、その流量条件を変更
した。希釈用ガスとして水素を20sccm用いた。本実施
例においては、モノゲルマンガスは図5におけるマスフ
ローコントローラー71を介して1sccmの流量にて流し、
モノシランガスはマスフローコントローラー72を介して
5sccmを流した。用いた成膜条件は基板温度として17
5℃であり、その成膜圧力は150mTorr であった。R
F出力密度は0.04W/cm2 である。
(Embodiment 3) The apparatus used for forming the thin film is
It is the same as the device shown in FIG. In Example 1,
Monosilane gas and monogermane gas were used as raw material gases for film formation. The flow rate of monosilane gas was 5 sccm, and the flow rate of monogermane gas was changed for the purpose of forming different optical band gaps. 20 sccm of hydrogen was used as a diluting gas. In this embodiment, monogermane gas is caused to flow at a flow rate of 1 sccm through the mass flow controller 71 in FIG.
The monosilane gas was caused to flow at 5 sccm through the mass flow controller 72. The film forming conditions used were a substrate temperature of 17
The temperature was 5 ° C., and the film forming pressure was 150 mTorr. R
The F power density is 0.04 W / cm 2 .

【0036】次に水素プラズマに曝す工程において、R
F出力密度0.16W/cm2 とし、同じく150mTorr に
おいて行った。このとき、図4より求められる原子状水
素の供給速度5×1013ケ/cm2 /秒であった。そし
て、水素プラズマに曝す時間を0秒から120秒まで検
討した。これを、原子状水素の供給量を横軸にして導電
率および光感度の低下の様子を示したのが図10であ
る。この結果から、原子状水素の供給量によって、その
膜特性が大きく変化していることが認められる。図10
より欠陥密度の低減に効果のある原子状水素の供給量
は、2×1015ケ/cm2 以上4×1015ケ/cm2 以下で
あることがわかる。以上のように、本発明の提案する方
法により非晶質シリコン薄膜の高品質化がなされたこと
が確認された。
Next, in the step of exposing to hydrogen plasma, R
The F output density was 0.16 W / cm 2 , and the same operation was performed at 150 mTorr. At this time, the supply rate of atomic hydrogen determined from FIG. 4 was 5 × 10 13 pieces / cm 2 / sec. Then, the time of exposure to hydrogen plasma was examined from 0 seconds to 120 seconds. FIG. 10 shows a state in which the electric conductivity and the photosensitivity are lowered with the supply amount of atomic hydrogen as the horizontal axis. From this result, it is recognized that the film characteristics of the film are largely changed depending on the supply amount of atomic hydrogen. FIG.
It can be seen that the supply amount of atomic hydrogen, which is more effective in reducing the defect density, is 2 × 10 15 pieces / cm 2 or more and 4 × 10 15 pieces / cm 2 or less. As described above, it was confirmed that the quality of the amorphous silicon thin film was improved by the method proposed by the present invention.

【0037】[0037]

【発明の効果】成膜工程と水素プラズマに曝す工程を繰
り返すことにより、非晶質半導体薄膜の水素含有量や水
素結合形態を直接制御することによって、非晶質薄膜の
光学的バンドギャップを自由に設計できることを可能に
するとともに、欠陥の低減による薄膜の高品質化を達成
することができるようになるものである。そして、ひい
ては薄膜太陽電池の変換効率、特に開放端電圧と曲線因
子の向上を生じせしめることができる。
By repeating the film forming step and the step of exposing to hydrogen plasma, the optical band gap of the amorphous thin film can be freely controlled by directly controlling the hydrogen content and the hydrogen bonding morphology of the amorphous semiconductor thin film. In addition to being able to be designed, it is possible to achieve high quality thin films by reducing defects. As a result, it is possible to improve the conversion efficiency of the thin-film solar cell, especially the open-circuit voltage and fill factor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】原子状水素の供給量と導電率及び光感度の変化
を示すグラフ
FIG. 1 is a graph showing changes in the supply amount of atomic hydrogen, conductivity, and photosensitivity.

【図2】非晶質シリコン薄膜中の水素原子の拡散係数を
グラフ
FIG. 2 is a graph showing the diffusion coefficient of hydrogen atoms in an amorphous silicon thin film.

【図3】水素プラズマ時間による原子状水素量の変化を
示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing changes in atomic hydrogen amount with time of hydrogen plasma.

【図4】RF出力密度と原子状水素供給量の関係を示す
グラフ
FIG. 4 is a graph showing the relationship between RF power density and atomic hydrogen supply amount.

【図5】本発明を実施するための装置の説明図FIG. 5 is an illustration of an apparatus for carrying out the present invention.

【図6】結合水素の変化量と欠陥密度の関係すグラフFIG. 6 is a graph showing the relationship between the amount of change in bound hydrogen and the defect density.

【図7】実施例1中における原子状水素供給量と欠陥密
度の関係を示すグラフ
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the supply amount of atomic hydrogen and the defect density in Example 1.

【図8】実施例2中における成膜温度と結合水素量の関
係を示すグラフ
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the film forming temperature and the amount of bound hydrogen in Example 2.

【図9】実施例2中における成膜温度と欠陥密度の関係
を示すグラフ
FIG. 9 is a graph showing the relationship between film forming temperature and defect density in Example 2.

【図10】実施例3中における原子状水素供給量と導電
率及び光感度の関係すグラフ
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the supply amount of atomic hydrogen and the electrical conductivity and photosensitivity in Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 成膜室 2 基板仕込み室 3 カソード電極 4 基板加熱ヒーター(成膜室用) 5 基板加熱ヒーター(基板仕込み室用) 6 覗き窓 8 ゲート弁 9 基板 11 ターボ分子ポンプ 12 ロータリーポンプ 13 コンダクタンスバルブ 21 ターボ分子ポンプ 22 ロータリーポンプ 31 RF電源 41 ヒーター電源 51 ヒーター電源 61 集光装置(発光分析装置) 62 光ファイバー(発光分析装置) 63 解析装置(発光分析装置) 71 マスフローコントローラー 72 マスフローコントローラー 73 マスフローコントローラー 1 deposition chamber 2 substrate preparation chamber 3 cathode electrode 4 substrate heating heater (for deposition chamber) 5 substrate heating heater (for substrate preparation chamber) 6 viewing window 8 gate valve 9 substrate 11 turbo molecular pump 12 rotary pump 13 conductance valve 21 Turbo molecular pump 22 Rotary pump 31 RF power supply 41 Heater power supply 51 Heater power supply 61 Focusing device (emission analysis device) 62 Optical fiber (emission analysis device) 63 Analysis device (emission analysis device) 71 Mass flow controller 72 Mass flow controller 73 Mass flow controller

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 伸 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shin Fukuda 1190 Kasama-cho, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法に
よりなる半導体薄膜の形成工程と、水素ガスからなるプ
ラズマにより該薄膜を暴露する工程を繰り返すことによ
りなる非晶質半導体薄膜の製造方法であって、該水素ガ
スからなるプラズマにより該薄膜を暴露する工程によ
り、該半導体薄膜表面へ供給される原子状水素量を1×
1015ケ/cm2 以上5×1015ケ/cm2 以下とすること
を特徴とする非晶質半導体薄膜の製造方法。
1. A method for producing an amorphous semiconductor thin film, which comprises repeating a step of forming a semiconductor thin film by a chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas and a step of exposing the thin film with a plasma of hydrogen gas. And the amount of atomic hydrogen supplied to the surface of the semiconductor thin film is 1 × by the step of exposing the thin film with plasma composed of the hydrogen gas.
A method for producing an amorphous semiconductor thin film, characterized in that it is not less than 10 15 pieces / cm 2 and not more than 5 × 10 15 pieces / cm 2 .
【請求項2】 薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法に
よりなる半導体薄膜の結合水素量が25原子%以下5原
子%以上含むことを特徴とした請求項1記載の非晶質半
導体薄膜の製造方法。
2. The amorphous semiconductor thin film according to claim 1, wherein the bound hydrogen content of the semiconductor thin film formed by the chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas is 25 atomic% or less and 5 atomic% or more. Production method.
【請求項3】 薄膜原料ガスを用いた化学気相蒸着法に
よりなる半導体薄膜の厚みが、1nm以上6nm以下で
あることを特徴とした請求項1または2記載の非晶質半
導体薄膜の製造方法。
3. The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to claim 1, wherein the thickness of the semiconductor thin film formed by a chemical vapor deposition method using a thin film raw material gas is 1 nm or more and 6 nm or less. .
【請求項4】 該非晶質半導体薄膜が、水素化シリコン
非晶質薄膜、水素化ゲルマニム非晶質薄膜、水素化炭素
非晶質薄膜、水素化シリコンゲルマニウム非晶質薄膜ま
たは水素化炭化シリコン非晶質薄膜であることを特徴と
する請求項1ないし3の何れかに記載の非晶質半導体薄
膜の製造方法。
4. The amorphous semiconductor thin film is a silicon hydride amorphous thin film, a hydrogenated germanium amorphous thin film, a hydrogenated carbon amorphous thin film, a silicon hydride germanium amorphous thin film or a non-hydrogenated silicon carbide non-crystalline thin film. It is a crystalline thin film, The manufacturing method of the amorphous semiconductor thin film in any one of Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
【請求項5】 該化学気相蒸着法が、光CVD法、熱C
VD法、プラズマエンハンストCVD法、レーザーエン
ハンストCVD法、または、反応性スパッタ法であるこ
とを特徴とする請求項1ないし4の何れかに記載の非晶
質半導体薄膜の製造方法。
5. The chemical vapor deposition method is a photo CVD method or a thermal C method.
The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 4, which is a VD method, a plasma enhanced CVD method, a laser enhanced CVD method, or a reactive sputtering method.
【請求項6】 該原料薄膜ガスが、水素化シリコン化合
物Sin 2m+2、水素化ゲルマン化合物Gen 2m+2、炭化
水素Cn 2m+2、もしくは、これら化合物の水素が塩素
原子またはフッ素原子によって置換された化合物ないし
誘導体であることを特徴とする請求項1ないし5の何れ
かに記載の非晶質半導体薄膜の製造方法。
6. The raw material thin film gas is a silicon hydride compound Si n H 2m + 2 , a hydrogenated germane compound Ge n H 2m + 2 , a hydrocarbon C n H 2m + 2 , or hydrogen of these compounds is chlorine. The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to any one of claims 1 to 5, which is a compound or derivative substituted with an atom or a fluorine atom.
【請求項7】 原料ガスが水素もしくは不活性ガスを含
む請求項2ないし6のいずれかに記載の非晶質半導体薄
膜の製造方法。
7. The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to claim 2, wherein the source gas contains hydrogen or an inert gas.
【請求項8】 該不活性ガスがHe,Ne,Ar,Kr
またはXeから選択される希ガスであることを特徴とす
る請求項7に記載の非晶質半導体薄膜の製造方法。
8. The inert gas is He, Ne, Ar, Kr.
8. The method for producing an amorphous semiconductor thin film according to claim 7, wherein the rare gas is selected from Xe.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068663A (en) * 2001-06-14 2003-03-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor crystal film
JP2016526282A (en) * 2013-05-09 2016-09-01 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドApplied Materials,Incorporated Multilayer amorphous silicon structure to improve polysilicon quality after excimer laser annealing
US9455152B2 (en) 2011-07-25 2016-09-27 Nissan Chemical Industries, Ltd. Hydrogenation method and hydrogenation apparatus

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